1、ABC？思思考考抽水蓄能、风力发电与光伏电站群的联合运行应用分析第三组新能源转换与控制技术新能源转换与控制技术组员：陈文、邓泽、雷昌龙、李明、王臣玉、喻聪背景 被称为能源领域最后1公里的储能技术，紧紧牵动着新能源的发展。新能源在经历了迅猛的发展期后，如今进入了瓶颈期，弃风、弃光现象凸显，能否将浪费掉的能源储存并在需要时得以释放，如此看来，储能便是光伏、风电等新能源发展瓶颈的解决方案。 储能能够实现平滑输出，消除昼夜峰谷差，调峰调频和备用容量，满足新能源发电平稳、安全接入电网，有效减少弃风、弃光现象。2015年，日本东北电力公司正计划在电网上使用世界最大的储电设备，该公司在仙野市建设一台40兆瓦
2、的储电设备用来储存太阳能和风能所发电力。东芝公司出售的这台设备相当于每千瓦时花费5000美元，行业分析师认为这个价格是太阳能和风能发电与传统发电竞争价格的20倍。参考020304风力发电介绍风力发电介绍光伏发电介绍光伏发电介绍抽水蓄能介绍抽水蓄能介绍05抽水蓄能与风电、光伏发电的联合运行效益分析抽水蓄能与风电、光伏发电的联合运行效益分析01储能方式介绍储能方式介绍01储能方式介绍储能方式介绍蓄能装置的必要性我国未来的能源结构中,可再生能源将占据越来越大的比重,逐步发展成为重要能源之一。然而,风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳定和不连续的特点,如我国大部分地区的风力资源中夜间的风往往强于白天,
3、风强时正是电网用电低谷,电价大约是白天电价的三分之一。如果有配套的电能储存(蓄电)装置将风电存储起来,白天上网,不但可以增加效益、降低电网负担,而且容易保证发电、供电的连续性和稳定性。蓄电池蓄能蓄电池蓄能01主主要要的的储储能能方方式式飞轮蓄能飞轮蓄能02压缩空气蓄能压缩空气蓄能03抽水蓄能抽水蓄能04储能方式蓄电池蓄能蓄电池蓄能在独立运行的小型风力发电系统中在独立运行的小型风力发电系统中, ,广泛使用蓄电广泛使用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池可以将多于的电能储存池作为蓄能装置。蓄电池可以将多于的电能储存起来起来, ,当风速较低时当风速较低时, ,负荷相对较大时负荷相对较大时, ,蓄电池释放蓄电池
4、释放电量电量, ,以补足风力发电机所发电能的不足以补足风力发电机所发电能的不足, ,达到维达到维持向负荷持续稳定供电的作用。但蓄电池较适用持向负荷持续稳定供电的作用。但蓄电池较适用于较小规模配置于较小规模配置, ,大规模蓄电池组存在度电成本较大规模蓄电池组存在度电成本较高高, ,技术仍不成熟等缺点。技术仍不成熟等缺点。储能方式飞轮蓄能飞轮蓄能风力发电系统中采用飞轮蓄能风力发电系统中采用飞轮蓄能, ,即是在风力发电机即是在风力发电机的轴系上安装一个飞轮的轴系上安装一个飞轮, ,利用飞轮旋转时的惯性储利用飞轮旋转时的惯性储能原理能原理, ,当风力强时当风力强时, ,风能即以动能的形式储存在风能即以
5、动能的形式储存在飞轮中飞轮中; ;当风力弱时当风力弱时, ,储存在飞轮中的动能则释放储存在飞轮中的动能则释放出来驱动发电机发电出来驱动发电机发电, ,采用飞轮蓄能可以平抑由于采用飞轮蓄能可以平抑由于风力起伏而引起的发电机输出电能的波动风力起伏而引起的发电机输出电能的波动, ,改善电改善电能的质量。飞轮储能具有效率高、建设周期短、能的质量。飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限以及无污染等优点。适用于电网调频和电能质量以及无污染等优点。适用于电网调频和电能质量保障。缺点是能量密度较低，系统安全性保证费保障。缺点是能量密
6、度较低，系统安全性保证费用较高。用较高。 飞轮储能储能方式压缩空气蓄能压缩空气蓄能同蓄电池储能和飞轮储能相比同蓄电池储能和飞轮储能相比, ,压缩空气储能压缩空气储能规模较大。如以色列、摩洛哥以已经建成了规模较大。如以色列、摩洛哥以已经建成了300MW300MW容量的压缩空气电厂。德国建有容量的压缩空气电厂。德国建有150MW150MW的电厂的电厂, ,已经运行了超过已经运行了超过1010年。与抽年。与抽水蓄能方式相似水蓄能方式相似, ,这种蓄能方式也需要特定的这种蓄能方式也需要特定的地形条件地形条件, ,即需要有挖掘的地坑或是废弃的矿即需要有挖掘的地坑或是废弃的矿坑或是地下的岩洞坑或是地下的岩
7、洞, ,当风力强当风力强, ,用电负荷少时用电负荷少时, ,可将风力发电机发出的多余的电能驱动一台可将风力发电机发出的多余的电能驱动一台由电动机带动的空气压缩机由电动机带动的空气压缩机, ,将空气压缩后储将空气压缩后储存在地坑内存在地坑内; ;而在无风期或用电负荷增大时而在无风期或用电负荷增大时, ,则将储存在地坑内的压缩空气释放出来则将储存在地坑内的压缩空气释放出来, ,形成形成高速气流高速气流, ,从而推动蜗轮机转动从而推动蜗轮机转动, ,并带动发电并带动发电机发电。压缩过程中会造成气体温度升高机发电。压缩过程中会造成气体温度升高, ,热热损失较大损失较大, ,转换效率低于抽水蓄能。转换效
8、率低于抽水蓄能。压缩空气储能储能方式抽水储能抽水储能 抽水储能利用电网中负荷低谷时的电力，由下水抽水储能利用电网中负荷低谷时的电力，由下水库抽水到上水库储能，再放水回到下水库发电。库抽水到上水库储能，再放水回到下水库发电。抽水储能非常适合电力系统调峰和用作备用电源，抽水储能非常适合电力系统调峰和用作备用电源，存储能量的释放时间从几小时到数天不等，效率存储能量的释放时间从几小时到数天不等，效率在在70% - 85%70% - 85%之间，主要应用领域包括能量管之间，主要应用领域包括能量管理、频率控制及系统备用电能供给。目前，全世理、频率控制及系统备用电能供给。目前，全世界有超过界有超过90GW9
9、0GW的抽水储能机组投入运行，约占的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的全球总装机容量的3%3%，我国国家电网公司规划，我国国家电网公司规划2 2020020年公司经营区域内抽水蓄能规模将达到年公司经营区域内抽水蓄能规模将达到26922692万万kWkW，抽水储能机组的设计制造和运行效率是，抽水储能机组的设计制造和运行效率是该电能存储方式的关键。该电能存储方式的关键。抽水蓄能水力蓄能是目前技术最成熟的,设备容量最大的储能技术,其最大容量己超过1000MW。水力蓄能系统需要适合修建上水库的特殊地形条件,往往一次投入较大,但使用寿命较长。抽水蓄能具备同常规水电站一样的启停灵活的特点,能够平抑
10、风电、光伏发电的短期随即波动。在实际的工程应用当中较为成功,如西班牙的ElHierr岛、Canry岛建有风电场同抽水蓄能电站组成的混合电站阵,成功地解决了风力发电和用户符合之间不匹配的矛盾。02抽水蓄能详细介绍抽水蓄能详细介绍抽水蓄能u抽水蓄能的发展现状抽水蓄能的发展现状u抽水蓄能电站的开发方式和分类抽水蓄能电站的开发方式和分类u抽水蓄能电站的工作特性抽水蓄能电站的工作特性u抽水蓄能电站在电力系统的作用抽水蓄能电站在电力系统的作用中国抽水蓄能电站发展现状截至 2012年年底，全国已建抽水蓄能电站 26 座，装机容量2034.5万 kW， 全国在建抽水蓄能电站8座，装机容量 924 万 kW，各
11、区域电网均有一定规模的已建和在建抽水蓄能电站， 这些电站主要在中东部负荷中心地区， 如图 ， 所示，近年来! 中国抽水蓄能装机有了较快的增长，总规模由 2008 年的 1069.5万kW， 增加到 2012 年的 2034.5万 kW，占电力系统装机的比重由 1.3%提高到 1.8% 。按上水库调节水量来源划分l)纯抽水蓄能电站纯抽水蓄能电站上水库没有天然入库径流,其发电用水量(包括发电调节水量、蒸发损失及渗漏损失)与抽水量基本相等,蓄能发电所需全部调节水量在上、下水库中循环使用。电站本身不直接生产电能,只改变电力系统电能在时间上的分配,如图所示。按上水库调节水量来源划分2)混合式抽水蓄能电站
12、混合式抽水蓄能电站上水库有一定天然入库径流,其发电用水量大于抽水量,电站的总发电量由两部分组成,一部分为由电网低谷电能转换成的高峰电能,另一部分为上水库入库径流所发出的电能。此类电站通常由常规水电站加装抽水蓄能机组改建而成。一般是因为该常规水电站的调节水库承担综合利用任务,例如除了发电以外还有灌溉、航运等任务,发电运行方式受到一定的限制。为了充分发挥电站的调峰作用,加装抽水蓄能机组,将其改建成混合式抽水蓄能电站,例如岗南混合式抽水蓄能电站。另外当天然径流年内分配不均匀性很大,水库调节容量有限时,为了充分利用丰水期径流发电,加装抽水蓄能机组,丰水期常规和蓄能机组同时发电,增加季节性电能,枯水期利
13、用蓄能机组抽水发电,提高枯水期供电能力,例如潘家口混合式抽水蓄能电站.按上水库调节水量来源划分3)非循环式抽水蓄能电站当上水库位于两条河流的分水岭,分水岭两边河谷具有不同的高差,且高差小的一边有足够的天然径流来源。可在高差小的一边建下水库或取水口,设置抽水站,在分水岭建上水库,同时在另一边建常规水电站,将下水库的水抽到上水库,再通过常规水电站放到其下游发电。这样从下水库抽上来的水量不再返回下水库,而是流到另一条相邻河流。这是跨流域引水发电的一种特殊方式。由于抽水扬程小于发电水头,因而也是一种有利的开发方式。例如,奥地利赖斯采克抽水蓄能电站,最大抽水扬程为107Om,最大发电水头为1773m,最
14、大抽水功率为18MW,最大发电出力为67MW。按调节周期划分l)日调节抽水蓄能电站日调节抽水蓄能电站是指承担调节一昼夜电力负荷不均匀任务,其上、下水库水位变化的循环周期为一日的抽水蓄能电站。电力系统日负荷曲线是变化的,夜间负荷减少,要求电力系统减少电力供应,迫使火电厂降低出力运行,这对火电厂运行是不利的。日调节抽水蓄能电站此时抽水,增加电力需求,也就是提高火电厂的低谷负载率,避免压负荷运行,改善火电厂的运行条件。次日负荷需求增大时,日调节抽水蓄能电站改为发电运行,又可增加电力系统负荷高峰时的供电能力。按调节周期划分2)周调节抽水蓄能电站周调节抽水蓄能电站是指承担调节一周内电力负荷不均匀任务,其
15、上、下水库水位变化的循环周期为一周的抽水蓄能电站。每日仍抽水和发电一次,只是周末负荷低落时抽水时间加长,储蓄更多电能,以增加下周工作日电力供电能力。3)季调节抽水蓄能电站季调节抽水蓄能电站是指承担调节年内丰、枯季节之间电力负荷不均匀任务,其上,下水库水位变化的循环周期为一年的抽水蓄能电站,但主要是在汛期水量较大时的抽水,枯水期放水发电。此类电站要求上水库调节库容必须能够调节枯水季节发电所需水量,因而所需库容较大抽水蓄能电站的工作特性运行灵活性和可靠性运行灵活性和可靠性抽水蓄能电站启、停快抽水蓄能电站启、停快, ,工况转换和增、减负荷迅工况转换和增、减负荷迅速速, ,运行灵活可靠运行灵活可靠,
16、,强迫停运率较低强迫停运率较低, ,跟踪负荷能力跟踪负荷能力强强, ,适宜承担电力系统调频、紧急事故备用和负荷适宜承担电力系统调频、紧急事故备用和负荷备用备用, ,是很好的旋转备用电源。距离负荷中心地区是很好的旋转备用电源。距离负荷中心地区较近的抽水蓄能电站较近的抽水蓄能电站, ,还可作调相运行还可作调相运行, ,平衡系统平衡系统无功功率无功功率, ,稳定地区电压稳定地区电压, ,提高电网运行可靠性。提高电网运行可靠性。例如广州抽水蓄能电站从停机到满发一般只需例如广州抽水蓄能电站从停机到满发一般只需45min,45min,最快只需最快只需2min40s,2min40s,从停机到满抽一般从停机到
17、满抽一般也只需也只需45min45min。抽水蓄能电站的工作特性运行工况多运行工况多 抽水蓄能电站既可作水轮机工况运行抽水蓄能电站既可作水轮机工况运行, ,又可作水泵工又可作水泵工况运行况运行; ;既可发电既可发电, ,又可抽水又可抽水; ;既可向电网供电既可向电网供电, ,又可吸收又可吸收电网的电力电网的电力; ;既是发电电源既是发电电源, ,又是用电负荷又是用电负荷; ;既可增加供既可增加供电能力电能力, ,又可提高电网负载率。临近用电负荷中心地区又可提高电网负载率。临近用电负荷中心地区的抽水电站的抽水电站, ,还可在抽水工况和发电工况下调节电网无还可在抽水工况和发电工况下调节电网无功功率
18、功功率, ,既可向电网输送无功功率既可向电网输送无功功率, ,又可吸收电网无功功又可吸收电网无功功率率, , 双向调节电网无功功率双向调节电网无功功率, ,稳定供电地区电压稳定供电地区电压, ,提高提高电网运行稳定性。电网运行稳定性。 由于有这些独特的运行方式由于有这些独特的运行方式, ,可以在电力系统中发挥可以在电力系统中发挥调峰、调频、调相及旋转备用等功能调峰、调频、调相及旋转备用等功能, ,有效改善火电机有效改善火电机组运行条件组运行条件, ,提高电网运行安全性和经济性提高电网运行安全性和经济性抽水蓄能电站的工作特性转换特性转换特性抽水蓄能电站是利用能量转换作用抽水蓄能电站是利用能量转换
19、作用, ,将低谷电能转将低谷电能转换成高峰电能换成高峰电能, ,其本身并不生产电能其本身并不生产电能, ,只是将电网中只是将电网中的电能在时一间上重新分配。在电力系统负荷低谷的电能在时一间上重新分配。在电力系统负荷低谷时时, ,利用低谷剩余电能将下水库水抽到上水库利用低谷剩余电能将下水库水抽到上水库, ,以水以水的势能形式将其储蓄起来。到负荷高峰时再将上水的势能形式将其储蓄起来。到负荷高峰时再将上水库水通过水轮机放人下水库库水通过水轮机放人下水库, ,水的势能就转换为电水的势能就转换为电能送回电网。完成一次循环能送回电网。完成一次循环, ,上水库水位由发电最上水库水位由发电最低水位升至正常蓄水
20、位低水位升至正常蓄水位, ,再由正常蓄水位降至发电再由正常蓄水位降至发电最低水位最低水位; ;下水库水位由正常蓄水位降至发电最低下水库水位由正常蓄水位降至发电最低水位水位, ,再由发电最低水位升至正常蓄水位。再由发电最低水位升至正常蓄水位。抽水蓄能电站的工作特性转换特性转换特性循环一次抽水所吸收的电量和发电所发出循环一次抽水所吸收的电量和发电所发出的电量可分别按下式表示的电量可分别按下式表示: :抽水蓄能电站的工作特性转换特性转换特性循环一次综合效率可按按下式表示循环一次综合效率可按按下式表示: :抽水蓄能电站的综合效率与水泵水轮机、发电电动机、主变压器及输水系统的运行效率有关,即:式中:l、
21、2、3、3一分别表示发电工况下抽水蓄能电站输水系统、水轮机、发电机和主变压器的工作效率; 5、6、7、8:一分别表示抽水工况下主变压器电动机、水泵和输水系统的工作效率。抽水蓄能电站的工作特性转换特性转换特性抽水蓄能电站的综合效率实际上是变压器、抽水蓄能电站的综合效率实际上是变压器、水力机械与电气设备、输水管道在发电工水力机械与电气设备、输水管道在发电工况时运行效率之乘积。一般而言况时运行效率之乘积。一般而言, ,现代化的现代化的大中型抽水蓄能电站综合效率大中型抽水蓄能电站综合效率=0.670.75,=0.670.75,即即“四度电换三度电四度电换三度电”。抽水蓄能电站在电力系统的作用削峰填谷作
22、用削峰填谷作用削峰填谷是指蓄能电站是利用夜间负荷低谷时其他削峰填谷是指蓄能电站是利用夜间负荷低谷时其他电源电源(包括火电站、核电站和风电等包括火电站、核电站和风电等)的多余电能的多余电能,利用水泵将下水库的水量抽到上水库储存起来利用水泵将下水库的水量抽到上水库储存起来,待待负荷尖峰时段放水发电。因此负荷尖峰时段放水发电。因此,蓄能电站在抽水时蓄能电站在抽水时一段相当于一个负荷大户一段相当于一个负荷大户,其作用是把日负荷曲线其作用是把日负荷曲线的低谷填平了的低谷填平了,即实现即实现“削峰填谷削峰填谷”。“削峰填谷削峰填谷”的作用使常规电厂出力平衡的作用使常规电厂出力平衡,可降低火电厂煤耗可降低火
23、电厂煤耗,从而获得节煤效益从而获得节煤效益,减少火电厂频繁调整出力的耗减少火电厂频繁调整出力的耗损。损。抽水蓄能电站在电力系统的作用调整系统频率调整系统频率任何电力系统在运行中难免会发生设备事故及负荷计任何电力系统在运行中难免会发生设备事故及负荷计划外增减划外增减, ,引起电力系统功率不平衡引起电力系统功率不平衡, ,造成系统频率波动。造成系统频率波动。为了防止系统频率进一步恶化为了防止系统频率进一步恶化, ,系统调度人员必须迅速系统调度人员必须迅速投入备用机组投入备用机组, ,尽快恢复系统功率平衡。一般要求从频尽快恢复系统功率平衡。一般要求从频率开始波动到系统功率恢复平衡率开始波动到系统功率
24、恢复平衡, ,使频率恢复原状或稳使频率恢复原状或稳定在新的水平的全过程定在新的水平的全过程, ,不超过几秒至几分钟不超过几秒至几分钟, ,这就要求这就要求担任旋转备用的机组必须能快速反映。通常火电机组担任旋转备用的机组必须能快速反映。通常火电机组采用带部分负荷运行方式采用带部分负荷运行方式, ,让一部分容量空转让一部分容量空转, ,以此来承以此来承担旋转备用。这部分空转容量所消耗的燃料费用担旋转备用。这部分空转容量所消耗的燃料费用, ,实际实际上加大了火电厂的运行成本上加大了火电厂的运行成本, ,所以用火电承担旋转备用所以用火电承担旋转备用是不得己而为之。抽水蓄能电站主要承担调峰任务是不得己而
25、为之。抽水蓄能电站主要承担调峰任务, ,但但在满载发电时段之外在满载发电时段之外, ,都可以承担系统的旋转备用都可以承担系统的旋转备用, ,只需只需在上水库预留相应备用水量即可。在上水库预留相应备用水量即可。抽水蓄能电站在电力系统的作用调整系统电压调整系统电压电力系统在运行中电力系统在运行中, ,无功电源不足无功电源不足, ,电压将下降电压将下降, ,反之反之电压将上升电压将上升, ,因此必须设法补充或吸收无功因此必须设法补充或吸收无功, ,维持电维持电网的无功平衡和电压稳定。电力系统的无功补偿可网的无功平衡和电压稳定。电力系统的无功补偿可以由同步发电机、同步调相机、静电电容器和静止以由同步发
26、电机、同步调相机、静电电容器和静止补偿器等设备提供补偿器等设备提供, ,但通常用同步发电机作为无功但通常用同步发电机作为无功补偿是最经济的。同步发电机是可逆的补偿是最经济的。同步发电机是可逆的, ,既能作发既能作发电机工况运行电机工况运行, ,又可作电动机工况运行。抽水蓄能又可作电动机工况运行。抽水蓄能机组本身就具有发电机和电动机两种运行工况机组本身就具有发电机和电动机两种运行工况, ,调调节系统无功负荷十分便利节系统无功负荷十分便利, ,加卜运行工况切换迅速加卜运行工况切换迅速可靠可靠, ,很适于进行调相运行很适于进行调相运行, ,补偿系统无功不足或增补偿系统无功不足或增加无工负荷。加无工负
27、荷。抽水蓄能电站在电力系统的作用快速跟踪负荷变化快速跟踪负荷变化电力系统的日负荷曲线通常具有两个高峰和两个低电力系统的日负荷曲线通常具有两个高峰和两个低谷谷, ,即上午和下午至傍晚出现高峰即上午和下午至傍晚出现高峰, ,中午和深夜出现中午和深夜出现低谷。这就要求在陡坡段工作的机组必须具有相应低谷。这就要求在陡坡段工作的机组必须具有相应的增荷和卸荷速度的增荷和卸荷速度, ,并且能在一日之内作反复并且能在一日之内作反复2323次次的快速增荷和减荷运行。这种运行方式对于凝汽式的快速增荷和减荷运行。这种运行方式对于凝汽式火电机组来说是很难的。火电机组来说是很难的。一般凝汽式火电机组在带部分负荷运行工况
28、下的增一般凝汽式火电机组在带部分负荷运行工况下的增荷速度约为每分钟荷速度约为每分钟2%3%2%3%额定出力。往往为了适额定出力。往往为了适应日负荷曲线陡坡段的增荷和减荷的需要应日负荷曲线陡坡段的增荷和减荷的需要, ,势必要势必要动用多台凝汽式机组作频繁的变出力运行。在这种动用多台凝汽式机组作频繁的变出力运行。在这种运行方式下运行方式下, ,会导致机组各个部件材料疲劳或损伤会导致机组各个部件材料疲劳或损伤, ,使强迫停运率升高使强迫停运率升高, ,使用寿命缩短。这种运行方式使用寿命缩短。这种运行方式对于核电机组更是无法适应的。抽水蓄能机组增、对于核电机组更是无法适应的。抽水蓄能机组增、减负荷速度
29、很快减负荷速度很快, ,跟踪负荷变化能力很强跟踪负荷变化能力很强, ,用它替代用它替代火电机组适应日负荷曲线陡坡部分负荷变化需要是火电机组适应日负荷曲线陡坡部分负荷变化需要是十分有利的。可以减少火电机组变出力运行和强迫十分有利的。可以减少火电机组变出力运行和强迫停运次数停运次数, ,提高运行可靠性和经济性。提高运行可靠性和经济性。抽水蓄能电站在电力系统的作用结合风电、光伏电站较集中的电网结合风电、光伏电站较集中的电网在风电、光伏发电较集中的或准备大规模开发风电在风电、光伏发电较集中的或准备大规模开发风电和光伏电站的电网和光伏电站的电网, ,需要建设抽水蓄能电站需要建设抽水蓄能电站, ,把随机把
30、随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量。如目前风电比重较大的新疆、内蒙和正峰荷电量。如目前风电比重较大的新疆、内蒙和正在准备大规模开发风电的东南沿海省份在准备大规模开发风电的东南沿海省份, ,为了充分为了充分利用当地资源利用当地资源, ,在发展风电的同时在发展风电的同时, ,配备一定比重的配备一定比重的抽水蓄能电站抽水蓄能电站, ,是非常必要的。风力发电和光伏发是非常必要的。风力发电和光伏发电是一种清洁可再生的能源。风能和太阳能资源丰电是一种清洁可再生的能源。风能和太阳能资源丰富的省、市和自治区富的省、市和自治区, ,可充分利用当地
31、资源可充分利用当地资源, ,发挥这发挥这一优势。一优势。抽水蓄能电站在电力系统的作用结合风电、光伏电站较集中的电网结合风电、光伏电站较集中的电网由于风能存在随机性和不均匀性由于风能存在随机性和不均匀性, ,只有电网装机容量大的时候只有电网装机容量大的时候这种影响才这种影响才 会减小会减小, ,因此发展风电必然要受到电网规模的限制。因此发展风电必然要受到电网规模的限制。抽水蓄能电站是解决电网调峰填谷的手段抽水蓄能电站是解决电网调峰填谷的手段, ,国内外已有成熟的国内外已有成熟的经验经验, ,在运行实践中在运行实践中, ,己显示其在改善电网运行条件己显示其在改善电网运行条件, ,提高经济效提高经济
32、效益方面的优越性。对于风电较集益方面的优越性。对于风电较集, ,一户的或风电资源丰富准备一户的或风电资源丰富准备大规模开发的电网大规模开发的电网, ,在大力发展风电的同时在大力发展风电的同时, ,建设一定规模的抽建设一定规模的抽水蓄能电站水蓄能电站, ,实现风蓄联合开发实现风蓄联合开发, ,是该地区能源资源优化配置的是该地区能源资源优化配置的具体体现。风蓄联合开发具体体现。风蓄联合开发, ,可利用抽水蓄能电站的多种功能和可利用抽水蓄能电站的多种功能和灵活性弥补风力发电的随机性和不均匀性灵活性弥补风力发电的随机性和不均匀性, ,不仅可以打破电网不仅可以打破电网规模对于风电容量的限制规模对于风电容
33、量的限制, ,为大力发展风电创造条件为大力发展风电创造条件; ;而月而月_ _可可为电网提供更多的调峰填谷容量和调频、调相、紧急事故备用为电网提供更多的调峰填谷容量和调频、调相、紧急事故备用的手段的手段, ,改善其运行条件。改善其运行条件。03风力发电介绍风力发电介绍Part1Part2Part3Wind Power风电风力发电的原理风力发电的原理转子叶片：捉获风，并将风力转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代传送到转子轴心。现代600600千千瓦风力发电机上，每个转子叶瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为片的测量长度大约为2020米。米。轴心：转子轴心附着在风力发轴心：转子轴
34、心附着在风力发电机的低速轴上。电机的低速轴上。低速轴：风力发电机的低速轴低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代起。在现代600600千瓦风力发电千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约机上，转子转速相当慢，大约为为1919至至3030转每分钟。轴中有用转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的至低速轴的5050倍。高速轴及其机械闸：高速轴以倍。高速轴及其机械闸：高速轴以150
35、01500转每分转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。力闸失效时，或风力发电机被维修时。风力发电的原理风力发电的原理发电机：通常被称为感应电机发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为电机上，最大电力输出通常为500500至至15001500千瓦。偏航装置：千瓦。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以控制器操作，电子控制器可以通
36、过风向标来感觉风向。图中通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。机一次只会偏转几度。塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代因为离地面越高，风速越大。现代600600千瓦风汽轮机的塔高千瓦风汽轮机的塔高为为4040至至6060米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的管状的塔对于维修人员更为安全，
37、因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。风力发电的特点风力发电的特点风电场出力及负荷变化具有季节性特点风电场出力及负荷变化具有季节性特点风电场出力与日负荷变化的相关性风电场出力与日负荷变化的相关性(l)风电场的大出力主要集中在一年中的风电场的大出力主要集中在一年中的2一一5月月;风电场小出力主要集中风电场小出力主要集中在一年中的在一年中的6一一10月。风电场月。风电场19时一次日时一次日6时出现大出力的概率比较大时出现大出力的概率比较大,而而9一一19时出现小出力的概率相对较大。风电的出力波动大时出现小出力的概率相对较大。风
38、电的出力波动大,风电并网会风电并网会增大电网旋转备用容量增大电网旋转备用容量,降低了电力系统的经济性降低了电力系统的经济性;(2)风电出力变化的特性与负荷变化的特性相反。风电场并网发电增加风电出力变化的特性与负荷变化的特性相反。风电场并网发电增加了了系统调度的压力。系统调度的压力。C我国风电发展现状123我国风电现状20112011年中国风电市场在历经多年的快速增长后正步入稳年中国风电市场在历经多年的快速增长后正步入稳健发展期。全国累计装机容量健发展期。全国累计装机容量62.36GW62.36GW，继续保持全球风，继续保持全球风电装机容量第一的地位。电装机容量第一的地位。大型央企及地方国有企业
39、仍然是中国风电场开发的主力大型央企及地方国有企业仍然是中国风电场开发的主力军，有接近军，有接近90%90%的风电项目由这些企业投资建设完成。到的风电项目由这些企业投资建设完成。到20112011年年底，全国共有约年年底，全国共有约6060余家国有企业（不包括子公余家国有企业（不包括子公司）参与了风电投资建设，累计并网容量司）参与了风电投资建设，累计并网容量37.98GW37.98GW，占全，占全国总并网容量的国总并网容量的79.4%79.4%。弃风现象严重。国家能源局官网显示，弃风现象严重。国家能源局官网显示，20142014年，风电的年，风电的装机容量已占全国发电机组装机总容量的装机容量已占
40、全国发电机组装机总容量的7%7%，然而风电，然而风电上网发电量却只占总发电量的上网发电量却只占总发电量的2.78%2.78%。受电网网架较弱影。受电网网架较弱影响，在电网的局部环节产生了响，在电网的局部环节产生了“卡脖子卡脖子”现象，风电限现象，风电限出力。由于部分地区风电开发过于集中，受现有电网网出力。由于部分地区风电开发过于集中，受现有电网网架送出能力影响，风电被限出力。架送出能力影响，风电被限出力。我国风电现状-弃风区域三北”地区就是弃风率最高的地区。2015年一季度的最新数据显示，东北地区弃风率达到33%；西北和华北地区分别为20%和27.89%；全国弃风率最高的省份为吉林和辽宁，分别
41、达到58%和35%。以上区域和省份的弃风率均高于20% 。我国风电现状-弃风限电原因分析一是由于近年来风电发展速度过快，许多地区电网建设跟不上风电发展的步伐。近10年，世界风电装机年均增长31.8%，成为全球最具吸引力的新能源技术，电网作为传统产业，投资吸引力远不敌风电。二是建设工期不匹配。风电项目建设周期短，通常首台机组建设周期仅为6个月，全部建成需要1年左右；电网工程建设周期长，输电线路需要跨地区，协调工作难度大。在我国，220千伏输电工程合理工期需要1年左右，750千伏输电工程合理工期需要2年左右。三是风电出力特性不同于常规电源。一方面，风电出力具有随机性、波动性的特点，造成风功率预测精
42、度较低，风电达到一定规模后，如果不提高系统备用水平，调度运行很难做到不弃风；另一方面风电多具有反调峰特性，夜晚用电负荷处于低谷时段，风电发电出力往往较大，即使常规电源降出力，当风电规模达到一定程度（大于低谷用电负荷），也难免出现限电弃风。04光伏发电介绍光伏发电介绍Part1Part3光伏发电光伏发电的特点随月份的变化光照辐射不同，一天之内光照辐射也不同光伏发电的特点1、光伏发电的不稳定性。光伏发电的不稳定并非是光伏发电系统自身的不稳定，而是源于日照的不稳定，光伏电站的大出力主要集中在一年中的5一7月;11月份至次年的1月份为光伏电站小出力的时间段。夜晚完全不能发电，而天气的影响对光伏发电量的
43、影响也很大，更严重的是晴天有云的时候，一朵云彩的飘过会造成发电量的巨幅波动。从电力供应的角度来说，这是一个很大的弊端。2、光伏发电的功率可调性差。当负载增加时，光伏发电无法提供更多的电力，当负载下降的时候，光伏发电也无法根据负载降低功率。所以，在利用光伏发电的时候，要么采用与主干网并网的方式，将主干网作为功率调节池，要么就要采用其它能源进行补充，同时，还必须采用储能的方式，将负载下降时产生的多余能量存储起来光伏发电的特点3. 光伏发电的能量密度较低。这源于日照强度的特性和光伏发电的光电转换效率，通常，每平方米的组件的峰值功率上限目前大约在150瓦以下，大部分时间在100瓦左右。这会导致光伏发电
44、的占地面积较大，因此，大型地面电站仅在荒漠和戈壁比较适宜，而在我国东部、特别是东南沿海，几乎不可能建造大型地面电站。这就是为什么要鼓励发展分布式光伏发电的原因，尽量利用建筑物的顶部而不占用土地进行发电。由于负载的特性大多也是分布式的，因此，分布式发电是一种与负载分布形式匹配的发电方式4、光伏电站发电力变化的趋势与用电需求日变化的相同,有助于减轻电网的调度压力。光伏电站在每分钟的出力变化率要大于风电场,风电并网会增大电网旋转备用容量,降低了电力系统的经济性光伏发电的特点-太阳能光伏发电系统的影响因素分析日照强度对光伏发电系统输出的影响影响日照强度因素较多,首先受日地的位置关系及地球绕太阳的运行规
45、律的影响,导致太阳高度角、时角以及光伏发电模块的光线入射角不同,电池板受到日照强度差异较大,并呈现季节性周期性。对光伏电池的很小的日照强度变化区间为3501000W/m2,在日照影响度较低的情况下,光伏电池的开路电压呈对数下降的趋势。而短路电流与日照强度呈正比例关系,这是由于电流与光伏电池吸收的光子产生的电子一空穴对呈正比例关系,因此光伏发电系统的输出功3501000W/m2日照强度范围内,与日照强度基本呈正比关系光伏发电的特点-太阳能光伏发电系统的影响因素分析光伏发电的特点-太阳能光伏发电系统的影响因素分析运行温度对光伏发电系统输出的影响在日照恒定的条件下,当光伏电池温度升高时导致开路电压降
46、低,从而使得硅光伏电池的输出功率降低,降低率为-0.4%/K -0.5%/K。光伏发电的特点-太阳能光伏发电系统的影响因素分析光伏电站自身因素的影响太阳能光伏发电系统的出力情况除了受到气象因素的影响,还受电池板自身因素的影响,如电池板的转化效率及对太阳光谱的灵敏度、光伏电站的分布情况(装机容量、地理位置、高程)、太阳能电池方阵的运行方式或固定方阵的倾角、以及太阳能电池方阵表面的清洁程度等。我国光伏电站现状和2000年相比，我国太阳能发电装机容量累计增长了接近1400倍，目前我国太阳能发电装机容量已位列世界第二。但是，受外送通道限制，太阳能发电难以外送，将面临突出的弃光等问题。我国70%以上的电
47、力消费集中在中东部地区，但是缺乏太阳能、煤炭等能源资源;我国70%以上的太阳能等清洁能能源集中在西部、北部地区，但是本地难以完全消化，能源基地距离负荷中心1000到4000公里。根据甘肃省电力公司提供的最新数据，2013 年甘肃弃光电量为1.10 亿千瓦时，弃光率为5.49%。甘肃省各发电企业弃光统计数据则显示，甘肃省2013年弃光电量多达3.03 亿千瓦时，弃光率约为13.78%。05抽水蓄能、风力发电与光伏电抽水蓄能、风力发电与光伏电站群的联合运行应用分析站群的联合运行应用分析抽水蓄能、风力发电与光伏电站群的联合运行应用分析抽水蓄能、风力发电与光伏电站群的联合运行应用分析由于风能和太阳能受
48、自然条件的制约,呈现随即波动性间歇性等特点,无法满足用户需要。抽水蓄能电站具有蓄能的功能,并且启停迅速,不但可以作为储能装置,有效地解决间歇性能源在运行过程中电能的余缺矛盾;还可以作为快速调节电源,平缓风电和光伏发电的输出功率,降低波动性对电网的影响。抽水蓄能与风电、光伏发电的联合运行的原理图效益分析(一)抽水蓄能电站的运行工况首先取决于上网电价,低电价时段抽水蓄能电站工况主要是抽水蓄电,高电价时一段工况主要是放水发电。抽水蓄能功率值受风电场和光伏电站的实际输出功率的影响和电网输出限制要求。抽水蓄能电站的调度计划根据风电场和光伏电站的提前一天预测值制定,再由实际情况及时调整抽水蓄能电站的出力值
49、。(二)为风电场和光伏电站配置一定抽水蓄能电站,可有效地降低风电和光伏发电随即波动性,平滑系统的输出功率,减少因电网限电造成的弃风,提高整体经济效益。效益分析抽水蓄能电站效益分析抽水蓄能电站效益分析抽水蓄能电站由于启动迅速、运行灵活抽水蓄能电站由于启动迅速、运行灵活,在含风电、在含风电、光伏发电等间歇性的电源的电力系统中光伏发电等间歇性的电源的电力系统中,抽水蓄能抽水蓄能电站可以作为有效的调节电源电站可以作为有效的调节电源,可将低负荷时段波可将低负荷时段波动的电能转换成高峰负荷时段优质电能动的电能转换成高峰负荷时段优质电能,按照经济按照经济效益的来源效益的来源,抽水蓄能电站的效益主要分为静态效
50、抽水蓄能电站的效益主要分为静态效益和动态效益。益和动态效益。效益分析抽水蓄能电站效益分析抽水蓄能电站效益分析-静态效益静态效益抽水蓄能电站的静态效益主要是其在电力系统中所抽水蓄能电站的静态效益主要是其在电力系统中所起的调峰填谷的作用起的调峰填谷的作用,可以减少电网为保证高峰负可以减少电网为保证高峰负荷需求而必需的常规机组装机容量荷需求而必需的常规机组装机容量,并且可以优化并且可以优化系统中常规机组的运行工况系统中常规机组的运行工况,提高常规机组的运行提高常规机组的运行效率效率,进而增加常规电厂的经济效益。抽水蓄能电进而增加常规电厂的经济效益。抽水蓄能电站的静态经济效益主要概括为容量效益、能量转
